Question

【題目】正確認(rèn)識(shí)和使用電池有利于我們每一個(gè)人的日常生活。

I．電化學(xué)法處理SO2是目前研究的熱點(diǎn)。利用雙氧水氧化吸收SO2可消除SO2污染，設(shè)計(jì)裝置如圖所示（己知石墨只起導(dǎo)電作用，質(zhì)子交換膜只允許H+通過）。

(1)石墨1為____（填“正極”或“負(fù)極”），正極的電極反應(yīng)式為______。

(2)反應(yīng)的總方程式為_______。

(3)H+的遷移方向?yàn)橛?/span>_____到____。（填“左”或“右”）

(4)若11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）SO2參與反應(yīng)，則遷移H+的物質(zhì)的量為____。

(5)某同學(xué)關(guān)于原電池的筆記中，不合理的有____。

①原電池兩電極材料活潑性一定不同

②原電池負(fù)極材料參與反應(yīng)，正極材料都不參與反應(yīng)

③Fe-NaOH溶液-Si原電池，Fe是負(fù)極

④原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置

Ⅱ．航天技術(shù)中使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有多種。

(1)某堿式氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，則其負(fù)極反應(yīng)為_____ ；某熔鹽氫氧燃料電池的電解質(zhì)是熔融的碳酸鉀，則其負(fù)極反應(yīng)為_____。

(2)氫氧燃料電池用于航天飛船，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)過冷凝后可用作航天員的飲用水，當(dāng)?shù)玫?/span>1.8g飲用水時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為_____。

Answer 1

【答案】負(fù)極 H2O2+2e-+2H+=2H2O SO2+H2O2=H2SO4 左 右 1mol ①②③ H2-2e-+2OH-=2H2O H2-2e-+CO32-=CO2↑+H2O 0.2NA(或1.204×1023)

【解析】

I.(1)石墨1通入SO2失去電子，作負(fù)極，石墨2作正極，H2O2獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；

(2)根據(jù)同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，將正、負(fù)極電極反應(yīng)式疊加，可得總反應(yīng)方程式；

(3)根據(jù)陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)判斷；

(4)根據(jù)反應(yīng)方程式中SO2的物質(zhì)的量與溶液中H+關(guān)系計(jì)算；

(5)根據(jù)原電池的反應(yīng)原理及構(gòu)成條件分析判斷；

II.(1)在KOH溶液中負(fù)極H2失去電子，產(chǎn)生的H+與溶液中的OH-結(jié)合形成H2O；在熔融鹽碳酸鉀的氫氧燃料電池中，H2失去電子，產(chǎn)生的H+與CO32-反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O，書寫負(fù)極反應(yīng)式；

(2)根據(jù)氫氧燃料電池總反應(yīng)方程式中產(chǎn)生的水與電子轉(zhuǎn)移關(guān)系計(jì)算。

I.(1)根據(jù)圖示可知：石墨1通入SO2失去電子，作負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；石墨2作正極，H2O2獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，正極的電極反應(yīng)式為H2O2+2e-+2H+=2H2O；

(2)將正、負(fù)極電極反應(yīng)式疊加，可得總反應(yīng)方程式：SO2+H2O2=H2SO4；

(3)H+是陽離子，它向負(fù)電荷較多的正極遷移方向，即H+由左極到右極移動(dòng)；

(4)n(SO2)=11.2L÷22.4L/mol=0.5mol，根據(jù)總反應(yīng)方程式SO2+H2O2=H2SO4可知：0.5mol SO2反應(yīng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)移H+的物質(zhì)的量為1mol；

(5)①原電池是由活潑性不同的兩個(gè)電極材料構(gòu)成，但在燃料電池中，可以使用同一材料的電極，在兩個(gè)電極分別通入燃料、氧化劑，因此電極材料的活動(dòng)性可以不同，也可以相同，①錯(cuò)誤；

②一般情況下原電池負(fù)極材料參與反應(yīng)，，但在燃料電池中，負(fù)極材料本身不參加反應(yīng)，②錯(cuò)誤；

③Fe-NaOH溶液-Si原電池，由于Fe與NaOH溶液不反應(yīng)，而Si能夠與NaOH溶液進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，使用活動(dòng)性弱的Si電極為負(fù)極，③錯(cuò)誤；

④原電池是將氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分開，發(fā)生兩個(gè)半反應(yīng)，就可以是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，④正確；

故合理選項(xiàng)是①②③；

II.(1)某堿式氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，在負(fù)極，H2失去電子變?yōu)?/span>H+，H+與溶液中的OH-反應(yīng)產(chǎn)生水，故負(fù)極的反應(yīng)為H2-2e-+2OH-=2H2O；若為熔鹽氫氧燃料電池，電解質(zhì)是熔融的碳酸鉀，則H2失去電子變?yōu)?/span>H+，H+與CO32-反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O，因此在負(fù)極的電極反應(yīng)式為H2-2e-+CO32-=CO2↑+H2O；

(2)氫氧燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2+ O2=2H2O，根據(jù)方程式可知每反應(yīng)產(chǎn)生2molH2O，轉(zhuǎn)移4mol電子，n(H2O)=1.8g÷18g/mol=0.1mol，使用轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol，則轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為N(e-)=0.2mol×NA/mol=0.2NA。